Устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 325 01 К 27/02 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД АРСТВЕННЫИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ тий вых функционально(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНОГО КОМПЛЕКСНОГО ДВУХ"ПОЛЮСНИКА МНОГОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) 1. Устройство для измерения параметров пассивного комплексногодвухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источникгармонического сигнала, первый выход которого подключен к первомузажиму образцового двухполюсника ипервому входу первого ключа, второйвход которого соединен с общей шиной, второй выход источника гармонического сигнала соединен с первымзажимом для подключения исследуемойтрехполюсной цепи и первым входомвторого ключа, второй вход которогоподсоединен к общей шине, согласующий блок, первый вход которого соединен с вторым зажимом образцовогодвухполюсника и вторым зажимом дляподключения исследуемой трехполюсной цепи, второй вход согласующегоблока подсоединен к общей шине, авыход согласующего блока подключенк первому входу функционального преобразователя, первый выход которогосоединен с управляющим входом источника гармонического сигнала, второй образователя подсоединены к управ ющим входам первого и второго ключ соответственно, а четвертый и пятый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и второго блоков индикации соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник, в него введен второй согласующий блок, первый и второй входы которого подключены к первому и1 юа второму выходу .источника гармонического сигнала соответственно, а выход второго согласующего блока соединен с вторым входом функционального преобразователя, третий зажим для подключения исследуемой ,трехполюсной электрической цепи типа треугольника подключен к общей шине,2, Устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, первый выход которого подключен к одному из входов первого ключа, один из вхо" дов второго ключа подсоединен к первому зажиму образцового двухполюсника, первый согласующий блок, выход которого подключен к первому входу функционального преобразователя, первый выход которого соединен с управляюшим входом источни гармонического сигнала, вгорой и третий выходы функционального пр(69) Из системы уравнений (68) полу- чают вР-Ю р ( г 1)На основании уравнений (69) и(71) в( -Р)г в ф где Сев, - тангенс угла потерь последовательной ветви начастоте сСр,87 - тангенс угла потерь последовательной ветви начастоте Е 7.Таким образом, получают сЯ (в 1)(77) Работу устройства измерения параметров исследуемого комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника в трехполюсной цепи типа треугольник рассмотрим на примере устройства по фиг.1 с Функциональным преобразователем, изображенным на Фиг.7,Сигнал с первого выхода дискретного генератора импульсон 13, выполненного на основе двухфазного генератора импульсов, генерирующего две последовательности прямоугольных импульсов И и М, поступает на управляющий вход источника 1,который формирует синусоидальное напряжение питания измерительной цепи. Генератор 13 импульсов выполнен полностью на логических элементах без применения точных аналоговых элементов, что позволяет получить Фазовый сдвиг на 1 ь/2 между опорными сигналами И н И с высокой точностью. В первом такте измерения точка о источника 1, примыкающая к образцовому днухполюснику 6, подсоединяется через ключ 8, замкнутый по сигналу с блока 15 управления преобразователя 10, к точке й общей шины (ключ 9 разомкнут), Сигналы У, по уравнению (2) и Уг, по уравнению (3) с выходов согласующих блоков 2 и 7 поступают на второй и первый входы Функционального преобразователя 10, на входы ключа 14, с выхода которого по сигналу с шестого выхода блока 15 напряжение БП поступает на вход ныпрямителя 16, на управляющий вход которого через блок 15 поступает опорный сигнал И с первого выхода генератора 13, Сигнал с выхода выпрямителя 16, пропорциональный напряжению Бн, детектированному синхронно с первым опорным сигналом И, поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 Формирует код И пропорциональный сигналу с выхода Фазочувствительного выпрямителя 16. С выхода АЦП 19 код числа Ин посту- пает на вход микропроцессора 18 и запоминается. После запоминания кода Ин н микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на третий (управляющий) вход блока 15, по сигналу с шестого выхода которого ключ 14 переключается, Напряжение Пг, с выхода ключа 14 поступает на инФормационный нход ньптрямителя 16, с выхода которого сигнал пропорциоФнальный напряжению Б , детектиронанному синхронно с первым опорным сигналом И, поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 Формирует код И пропорциональный сигналу с выходяО выпрямителя 16, С выхода АЦП 19 код числа М поступает на вход микроьпроцессора 18 и запоминается (микропроцессор может производить в зависимости от программы возведение в степень В 2 , М , умножение К Ьг,),н ф г фПосле запоминания кода Мг в микропроцессоре 18 с его первого выхода на управляющий вход блока 15 поступает сигнал, который переключает ключ 14 и опорный сигнал на управляющем входе выпрямителя 6, т.е, на управляющий вход поступает опорный сигнал И с второго выхода генератора 13. Сигнал Цн с ныхода 15 блока 2 через ключ 14 поступает на информационный вход выпрямителя 16, с выхода которого сигнал, пропорциональный напряжению б , детектиронанному синхронно с вторым опорным 20 сигналом И, поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 управления формирует код И . С выхода АЦП 19 код числа И поступает на вход микропро цессора 18 и запоминается (микропроцессор может производить возведение в степень И , умножениеи фИ н И 2, ) . После запоминания кода И н в микропроцессоре 18 с его первого ЗО выхода поступает сигнал на третий нход блока 15, который переключает ключ 14, Сигнал 62, с ныхода блока 7 поступает через ключ 14 на инФормационный вход ныпрямителя 16, 35 с выхода которого сигнал, пропорциональный напряжению 0 , детекти" ронанному синхронно с нторым опорным сигналом И, поступает на информационный вход АЦП 19, который по 40 сигналу с четвертого выхода блока 15 Формирует код И, , С выхода АЦП 19 код числа И , поступает на вход микропроцессора 18 и запоминается (микропроцессор может производить опера ции возведения в степень И ум- ножениЯ Ин И Ин Иг сложениЯ запоминания кода И 2, в микропроцес соре с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, с первого и второго выходов которого поступают сигналы через второй и третий входы преобразователя 10 на 55 управляющие входы ключей 8 и 9, Таким образом, во втором такте измерения ключ 8 размыкается, а ключ 9 замыкается и подсоединяет точку о к точке Ь, источник 1 к точке с цепи типа треугольник. Сигналы Цг по уравнению (4) и 022 по уравнению (5) с выходов блокон 2 и 7 поступают через второй и первый входы преобразователя 10 на второй и первый входы ключа 14, с ныхода которого по сигналу с шестого выход, блока 15 напряжение Ц,г поступает на информационный вход выпрямителя 16,. на управляющий вход которого через блок 15 поступает первый опорный сигнал М с первого выхода генератора 13. Сигнал с выхода выпрямителя 16, пропорциональный напряжению Б,г,де 1 ектированному синхронно с первым опорным сигналом К, , поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 формирует код М .:С выхода АЦП 19 код числа И поступает на вход микропро 1 гцессора 18 и запоминается. После запоминания кода К, в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, по сигналу с шестого выхода которого ключ 14 переключается и напряжение Бг, поступает на информационный вход выпрямителя 16, сигнал с выхода которого, пропорциональный напряжению 022, детЕктированному сннхронно с первым опорным сигналом В, поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 Формирует код Мг . С выхода АЦП 19 код числа Ю поступает на вход микропроцессора 18 и запоминается (микропроцессор может производить возведение в степень Н,2, К 222, умножение Н 2 К ), После эапомина 12 21ния кода К в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, который переключает ключ 14 и опор" ный сигнал на управляющем входе выпрямителя 16, т,е, на управлякщий вход поступает второй опорный сигнал И с второго выхода генератора 13. Сигнал 6, с выхода блока через ключ 14 поступает на первый вход вы прямителя 16, с выхода которого сигнал, пропорциональный напряжению 6,2, детектированному синхронно с вторым опорным сигналом К, поступает на информационный вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15 Формирует код И, .Свыхода АЦН 19 код числа М, поступает на вход микропроцессора 18 изапоминается (микропроцессор можетпроизводить операции возведения встепень М ф, умножения М, Ид ),Послефзапоминания кода М в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, который переключает ключ 14,Сигнал П с выхода блока 7 посту Опает через ключ 14 на первый входвыпрямителя 16, с выхода которогосигнал, пропорциональный напряжениюФП , детектированному синхронноис вторым опорным сигналом М, поступает на вход АЦП 19, который по сигналу с четвертого выхода блока 15формирует код И . С выхода АЦП 19код числа К поступает на вход микропроцессора 18 и запоминается (мик Опропроцессор производит операциивозведения в степень И , умножениеХ И , сложение, вычитание и т.д.о Яв соответствии с программой), Результаты измерения составляющих исследуемого двухполюсника 4, однороднойи неоднородной по характеру сопротивления образцовому двухполюснику 6(табл,1 и 2), отображаются на блоках 11 и 12 индикации, 30Работа предлагаемого устройствапо фиг,1 с функциональным преобразователем 10, изображенным на фиг.8,происходит аналогично с той разницей, что коды И , Х, формируются З 5одновременно с помощью выпрямителя 16,АЦП 19 и соответственно выпрямителя 17 и АЦП 20. Аналогично формируются одновременно попарно коды М н2 ф 11 и фМи Мл40Рассмотрим работу устройства измерения параметров комплексного двухполюсника в цепи типа Т (звезда) пофиг,2. Функциональный преобразователь 10 устройства работает аналогич но функциональному преобразователюпо фиг,7 и 8,В первом такте измерения напряжение Е " П с выхода источника 1 поступает через согласука 1 ий блок 2 5 Ои ключ 9, замкнутый по сигналу с третьего выхода преобразователя 10, кточкам Й и Г, примыкающим к образцовому двухполюснику б, ключ 8 разомкнут. Токи 1по уравнению ( 17) уи 11 по уравнению (18) с выходовблоков 2 и 7 поступают на второй ипервый входы преобразователя 10,Во втором такте измерения напряжение Е = Пц с выхода источника 1поступает через блох 2 и ключ 8, замкнутый по сигналу с второго выходапреобразователя 10 к точкам д и с,ключ 9 разомкнут, Токи 1 и по уравнению (19 и 1 по уравнению (20)с выходов блоков 2 и 7 поступают навторой и первый входы преобразователя 10, Результаты измерения составляющих исследуемых двухполюсников 4,однородной и неоднородной по характеру сопротивления (проводимости) образцовому двухполюснику б (фиг, 9и 10),. отображаются на блоках 11и 12 индикации.Рассмотрим особенность работыустройства измерения параметров двухполюсника 4, расположенного в цепитипа Н (Фиг,З). В общем случае приизмерении параметров двухполюсника 4,двухполюсники 3 и 5 характеризуют сопротивление подводящих проводов и(или) сопротивление зажимов и(или)коммутатора, т.е, осуществляется четырехзажимное включение в иэмери;"-,:льную цепь исследуемого двухполюсннка 4,В первом такте измерения напряжение Е = Ис выхода источника 1поступает через блок 2 и ключи 8 и 9к точкам Й и Г, примыкающим к образцовому двухполюснику 6, Токи 1 и 1,с выходов блоков 2 и 7 поступают навторой и первый входы преобразователя 10.Во втором такте измерения ключи 8 и 9 по сигналам с второго и третьего выходов преобразователя 1 О переключаются, Напряжение ЕП б, свыхода источника 1 поступает черезблок 2 и ключи 8 и 9 к точкам с и ш.Токи 1, и 1с выходов блоков 2и 7 поступают на второй и первыйвходы преобразователя 10, Результаты измерения составляющих двухполюсника 4, однородной и неоднородной похарактеру сопротивления проводимостиобразцовому двухполюснику 6 (фиг,9и 10), отображаются на блоках 11 и12 индикации.Особенность работы устройства,изображенного на фиг,4, для измерения параметров исследуемых двухполюсников 4 и 5 типа Т (звезда) заключается в трех тактах измерения,В первом такте измерения напряжение Е = П с выхода источника 1поступает через блок 2 н ключ 8 и 92 1250983 22 к точкам д и Г, Токи 1 по уравнению (17) в 1, по уравнению (18)с выходов блоков 2 и 7 поступаютна второй и первый входы преобразователя 10,5Во втором такте измерения ключ 8по сигналу с второго выхода преобразователя О переключается, а ключ 9остается в предыдущем состоянии,Напряжение Е = 11 с выхода источника поступает через блок 2 иключ 8 и 9 к точкам й и с. Токи 1по уравнению (19) и 1, по уравнению (20) с выходов блоков 2 и 7 поступают на второй и первый входы 15преобразователя 10,В третьем такте измерения ключ 9по сигналу с третьего выхода преобразователя 10 переключается, а ключ 8остается в предыдущем состоянии. Напряжение Е = 6 , с выхода источника 1поступает через блок 2 и ключи 8 и 9к точкам е и с.Токи 2 о+Е+Е +Е1 =и Е(э ( Л21 =пЕЯЗ 7 с выхода блоков 2 и 7 поступают на второй и первый входы преобразователя 10, Результаты измерения составляющих двухполвсников 4 и 5 (фиг,9 и 10) отображаются на блоках 11 и 12 индикации, Уравнения для отсчета составляющих двухполюсника 5 можно получить иэ уравнений для отсчета составляющих двухполюсника 4, эаменИв К(7 ь К 77 ( М(7 ь М 77 соответственно на К , К , М, 40Работа устройства при измерении составляющих исследуемого комплексного четырехэлементного двухполюсника происходит соответственно описанному и отличается лишь дополни тельными двумя аналогичными тактами измерения, производимыми на второй фиксированной частоте, Искомые параметры вычисляются микропроцессором,Предлагаемое устройство измерения 50 параметров исследуемого двухполюсника (фиг. 1-7 и 8) позволяет исключить аддитивнув погрешность, а также уход нуля согласующих блоков, фазочувствительных выпрямителей и АЦП. 55Рассмотрим наиболее оптимальный способ исключения аддитивной погрешности измерения параметров исследуемого двухполюс ника, сущность которого заключается в том, что формируют числовые значения сигналов, пропорциональные проекциям напряжений (токов) 1, 07(, (1,7, 177 (1 н е17 ) на опорные ортого нальные сигналы К и М в системе координат КОМ и на опорные ортогональные сигналы К и М в системе координат КОМ. Система координат КОМ повернута относительно системы координат КОМ на (В качестве примера рассмотрим работу устройства, изображенного на фиг,2, и функционального преобразователя, изображенного на фиг.8.В первом такте измерения сигналы 1 и 17, с выходов блоков 2 и 7 поступают через второй и.первый входы преобразователя 10 на информационные входы выпрямителей 16 и 17, на управлякицие входы которых через блок 15 поступает сигнал с первого выхода генератора 13, Сигнал с выходов выпрямителей 16 и 17, пропорциональные соответственно токам 1, и 1Вт детектированным синхронно с опорным сигналом К, поступают на входы соответственно АЦП 19 и 20, которые по сигналу с четвертого выхода блока 15(формируют коды Кн и К 7, . С выходов АЦП 19 и 20 коды чисел Ки К, по( ступают на входы микропроцессора 18 й запоминаются, После запоминания кодов Ки и К(7, в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, который инвертирует опорный сигнал на управляющих входах выпрямителей 16 и 17, т,е. на управляющие входы последних поступает опорный сигнал К (снгнал К сдвинут относительно сигнала К на т ( ). Сигналы с выходов выпрямителей 16 и 17, пропорциональные соответственно токаи 1 и 1 д, детектированным синхронно с опорным сигналом К, поступают на входы АЦП 9 и 20, которые по сигналу с четвертого выхода блока 15 формируют коды 1К,", и К", . С выходов АЦП 19 и 20 коЮды чисел К и К, поступают на входы микропроцессора 18 и запоминаются (микропроцессор может производить(операции вычитания К -К = 2 Кф тн(с э К 7( -К т 2 К 7(, возведение в степень После запоминания кодов К,", и К ( в23 12 микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, который переключает опорный сигнал на управляющих входах выпрямителей 16 и 17, т,е, на управляющие входы их поступает опорный сигнал М с второго выхода генерато" ра 13, Сигналы с выходов выпря(4 ителей 16 и 17, пропорциональные соот.ветственно токам 1 и 1 детектированным синхронно с опорным сигналом М, поступают на входы АЦП 19 и АЦП 20, которые по сигналу с четвертого выхода блока 15 формируют коды(М, и М, . С выходов АЦП 19 и 20 конды чисел М и М, поступают на входы микропроцессора 18 и запоминаются.После запоминания кодов Ми М 2 в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, который инвертирует опорный сигнал на управляющих входах выпрямителей 6 и 17, т,е на их управляющие входы поступает опорный сигнал М (опорный сигнал М сдвинут относительно сигнала М на 1 4( )Сигналы с выходов выпрямителей 16 и 17, пропорциональные соответственно токам 1, и 1 4, детектированным синхронно с опорным сигналом М, поступают на входы соответственно АЦП 19 и 20, которые по сигналу с четвертого выхода блока 15(формируют коды Ии М С выходов АЦП 19 и 20 коды чисел Ми М, поступают на входы микропроцессора 18 и запоминаются. Микропроцессор может производить операции вычитания, );1(После запоминания кодов М, и М4 в микропроцессоре 18 с его первого выхода поступает сигнал на управляющий вход блока 15, по сигналу с. нервого и второго выходов которого ключ 8 замыкается, а ключ 9 размыкается, Токи 1 и 1 с выходов блоков 2 и 7 поступают через второй и первый входы преобразователя 10. Аналогичнб описанному фор(даруются( (коды М ,и Н , 1, , а также 50983 24коды М,", И, и М, И, Микропро 23це с сор, пр ои з водит р а элич ные опе рации в соответствии с программой, азначения искомых составляюцих исследуемого двухполюсника отображаются вблоках индикации, По данному алгоритму могут работать все описанныеустройства измерения, Уравнения преобразования для составляк(щих иссле дуемого двухполюсника с исключениемаддитивной погрешности можно получитьиз уравнения по фиг,9 и 10 путем замены значений15222 Мг 2 Определение с помощью двух изме рений значений, пропорциональных исходным сигналам, и формирование разности между двумя результатами вдва раза больше нужной величиныт,д,) позволяет исключить зависимостьрезультата измерения от величины иизменения напряжения смещения (ухода нуля) аналогового тракта. Крометого, два измерения производятся в 50 очень короткое время, что уменьшаетзависимость результата измерения отдрейфа нуля; поскольку измерения усредняются, снижаются эффекты шумапомехи; до некоторой степени уменьша ются нелинейности фазочувствительных выпрямителей.Реализация блоков и узлов описанных устройств не вызывает труд25 12 ностей, Учитывая, что результат измерения не зависит от фазового сдвига напряжений с выходов согласующих блоков относительно опорных ортогональных сигналов Н и М (Х и М), то согласующие блоки могут иметь фильтры, настроенные на частоту основного сигнала питания измерительной цепи, что существенно сникает погрешность измерения от гармонических составляющих спектра сигнала питания, Описанные алгоритмы, исключающие зависимость результата измерения от ухода нуля согласующего блока фазочувствительного выпрямителя АЦП, позволяют существенно упростить их реализацию, Использование микропроцессора в устройствах измерения параметров исследуемого комплексного двухполюсника позволяет передать ему функции управления процессором измерения ввиду большого объема информации, вводимой с пульта (характер объекта, схема замещения и требуемая пара измеряемых параметров, частота и амплитуда питания,50983 26алгоритм измерения и т.д.), а такще иэ-эа более сложной последовательности управляющих сигналов. Замена аппаратной реализации блока управления на программную позволяет резко упростить и удешевить предлагаемое устройство. Кроме того, использование микропроцессора в структуре устройства позволяет использовать лишь несколько видов измерительных цепей, которые могут быть выбраны,учитывая простоту, точность, вид многополюсной электрической цепи, содераащей исследуемый комплексный 15двухполюсник, и т,д По результатам измерения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника, однородной и неоднородной по характеру сопротивления (проводимости) образцовому двухполюснику, расчитывают значения добротности, тангенса угла потерь, модуля комплексного сопротивления проводимости, фазово го угла комплексного сопротивленияпроводимости н т,д.1250983 Составитель Л.Сорок Техред Л.Сердюкова рректор М.Деичи Тираж 728 КИПИ Государственного по делам изобретений., МоскваВ, Раув кав 4405 одпис рафическое предприятие, г,Уагор л. Проектная, 4 едактор Л.Пчелинск Проиэводственно-пол оьатета ССС открытий ая наб д.ебразователя подсоединены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, а четвертый и пятый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и нторого блоков индикации . соответственно, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого комплексного днухполюсника многополюсной электрической цепи типа звезда, в мего введен второй согласующий блок, первый вход которого подключен к второму входу источника гармонического сигнала, а второй вход - к второму зажиму образцового двухполюсника, к первому зажиму для подключения трехполюсной электрической цепи типа звезда и к общей шине,второй зажим для подключения трехполюсной электрической цепи подсоединен к первому входу первого ключа, первый вход которого соединен с вторым входом второго ключа, третий зажим для подключения трехполюсной электрической цепи подсоединен к первому входу первого согласующего блока, нторой вход которого соединен с первым входом втс рого ключа, а выход второго согласующего блока подключен к второму входу функционального преобразователя.3. Устройство для измерения параметрон пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, первый выход которого подключен к первому входу первого ключа, первый вход нторого ключа подсоединен к первому зажиму образцового днухполюсника,второй зажим которого соединен с первым входом перзого согласующего блока, выход которого подключен к первому входу функционального преобразователя, первый выход которого соединен с управляющим входом источника гармонического сигнала, второй и третий выходы функционального преобразователя подсоединены к управляющим нходам первого и второго ключей соответственно, а четвертый и пятый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого н второго блоков индикации соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, в него введен второй согласующий блок, первый и второй входы которого подключены к второму выходу источника гармонического сигнала и второму входу второго ключа соответственно, выход второго согласующего блока подсоединен к нторому входу функционального преобразователя, первый зажим для подключения четырехполюсной электрической цепи соединен с вторым входом первого ключа, второй зажим для подключения четырехполюсной электрической цепи подсоединен к третьему входу второго ключа, третий зажим для подключения четырехполюсной цепи соединен с вторым входом первого согласующего блока, первый вход которого подсоединен к третьему входу перного ключа, четвертый зажим для подключения четырехпалюсной электрической цепи соединен с первым зажимом образцового днухполюсника и общей шиной,4, Устройство для измерения параметров пассивного комплексного днухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, первый выход которого подключен к первому входу первого ключа, первый нхед второго ключа подсоединен к первому зажиму для подключения трехполюс ной электрической цепи и первому зажиму образцового днухполюсника, второй зажим которого соединен с первым зажимом первого согласующего блока, выход которого подключен к первому входу функционального преобразователя, первый выход которого соединен с управляющим входом источника гармонического сигнала, второй и третий выходы функционального преобразователя подсоединены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, а четвертый и пятый выходы функционального преобразонателя подключены к входам первого и второго блоков индикации соответственно, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого комплексного днухполюсника многополюсной электрической цепи, и него ннеден второй согласующий блок, первый и второй входы которого подключены к1250983 но Фиг 5 а и ба; на фиг,7 и 8 - варианты схем функционального преобразователя; на фиг,9 и 1 О - уравнения отсчета составляющих исследуемого пассивного комплексного двухполюсника при его последовательнойили параллельной схеме замещения.Устройство содержит источник 1гармонического сигнала, согласующий блок 2, комплексный двухполюсник 3 многополюсной электрическойцепи, исследуемый пассивный комплексный двухполюсник 4, комплексный двухполюсник 5, образцовый двухполюсник б,однородный по характеру сопротивленияодной из составляющих исследуемогодвухполюсника 4, согласующий блок 7,ключи 8 и 9, функциональный преобразователь 10 и блоки 11 и 12 индикации.Функциональный преобразователь 10(фиг,7 и 8) состоит из дискретногогенератора импульсов 13, ключа 14,блока 15 управления, фазочувствительных выпрямителей 16 и 17, микропроцессора 18 и аналого-цифровыхпреобразователей 19 и 20,В качестве примера рассмотрим измерение составляющих проводимостиисследуемого комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, однородного и неоднородного по характеру проводимости образцовому двухполюсйику (двухполюсникрасположен в трехполюсной цепи типатреугольник),Предположим, что комплексныйдвухполюсник, эквивалентный выходной комплексной проводимости источника 1 гармонического сигнала, имеет вид: У, = У = С + 1 и, комплексвторому выходу источника гармонического сигнала и второму входу второго ключа соответственно, выход второго согласующего блока подсоединенк второму входу функционального преобразователя, первый зажим для подключения трехнолюсной электрическойцепи типа звезда соединен с общейшиной, второй зажим для подключения Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника,расположенного в многополюсной электрической цепи, и может быть использовано для построения, например,преобразователей абсолютного значения любой из составляющих двух,трех и четырехэлементного комплексного двухполюсника в цифровой код.Цель изобретения - повышениеточности измерения параметров исследуемого пассивного комплексногодвухполюсника многополюсных электрических цепей типа треугольник извезда путем исключения зависимостирезультата преобразования от конечных значений сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи и ненулевого значения комплексного сопротивления источника гармонического сигнала,На фиг.1-3 показаны схемы устройств для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника, расположенных в многополюсныхэлектрических цепях типа треугольник (П), звезда (Т) и Н соответственно; на фиг.4 - схема устройствадля измерения параметров двух исследуемых пассивных комплексных двухполюсников, расположенных в многополюсной электрической цепи типазвезда; на фиг, 5 а и ба - вариантысхем измерительных ветвей носледовательно-параллельной и параллельнопоследовательной схем замещения исследуемого комплексного двухполюсникаф на фиг.55- и 66 варианты схем измерительных ветвей 5 10 20 2530 35 40 трехполюсной электрической цепи соединен с втсрым входом первого ключа, третий вход которого подсоединен к второму зажиму образцовогодвухполюсника, третий зажим для подключения трехполюсной электрическойцепи соединен ; вторым входом первого согласующего блока и третьимвходом второго ключа.ный двухполюсник, эквивалентныйвходной комплексной проводимостисогласующего блока 2, - Уг +)экомплексный двухполюсник, расположенный в первом плече трехполюснойэлектрической цепи типа треугольник, первый и второй зажимы которо"го примыкаютг соответственно к одному иэ зажимов исследуемого коипл ксного двухполюсника 4 и общейшине, эквивалентной, например, комплексной проводимости утечки в точке с , примыкающей к одному из зажимов исследуемого комплексногодвухполюсника 4, относительно точки Й общей шины,Исследуемый комплексный двухпо люсник 4, расположенный во втором плече трехполюсной электрической цепи типа треугольник имеет вид: У " У =+ 3. Комплексный двухполюсник 5, расположенный в третьем плече 25 трехполюсной электрической цепи типа треугольник, первый и второй зажимы которого примыкают соответственно к второму зажиму исследуемого комплексного двухполюсника и общей шине, З 0 эквивалентной, например, комплексной проводимости утечки точки зажима е, примыкающего к второму зажиму исследуемого комплексного двухполюсника 4, относительно зажима д общей шины, имеет вид У 5 = г + 1 зэ. Образцовый двухполюсник 6 имеет вид: У = У1комплексный двухполюсник,эквивалентный входной комплекснойпроводимости согласующего блока 7(фг,2), - У, = г., + .ЗэкОсобенностью работы устройствапо фиг,1 является двухкратное изменение конфигурации измерительной цепи,т.е. измерение производится за дватакта,Выражения для напряжений с выходов согласующего блока в любом иэтактов измерения иожно записать, используя формулу Иэзона: 4и, - коэффициент передачи 1-госогласующего блока в любом из тактов измерения;1 - ток источника гармонического сигнала;Т - системная функция иэмерительной цепи на основеделителя напряжения, которая определяется отношением величины, измеряемой согласующим блоком,к величине тока источника гармонического сигнала;величина М-го пути передачи, проходящего черезд-й согласующий блок в)-м такте измерения;алгебраическое дополнениесоответствующего пути передачи;число возможных путей передачи через 2.-й согласующий блок в 1-м такте измерения;определитель измерительной цепи,Выражение для напряжения 11 Ь =0в первом такте измерения (ключ 8 замкнут и подключает зажим д к зажиму а измерительной цепи, а ключ 9 разомкнут) с выхода согласующего блока 2 имеет вид: Выражение для напряжения 1) =Б ,.св первом такте измерения с выходасогласующего блока 7 имеет вид; Выражение для нанряжения 11,1 =01,ц во втором такте измерения (ключ 8 разомкнут, а ключ 9 замкнут и подключает точку д к точкам Ь и с измерительной цепи) с выхода согласующего блока 2 имеет вид:(5) Выражение для напряжения Цб =ЦЬс ьс во втором такте измерения с выхода согласующего блока 7 имеет вид:(12) 5где "-" перед значениями Б и Бгв уравнениях (4) и (5) свидетельствуют об изменении направления напря.жения, приложенного к входам согласующих блоков 2 и 7,Фазовый сдвиг напряжения Бг, относительно напряжения О,10 где Ю, ц - фаэовые сдвиги напряжений Пг и 6относительно тока 17источника гармонического сигналаФазовый сдвиг напряжения П относительно напряжения 615 где Чгг, сг - фазовые сдвиги напряжений П и 0 относительно тока 20 1 источника гармонического сигнала,Используя значения модулей в выражениях (2)-(5), получают цг 1 у . 1 +7 На основании (6) и (7) с учетомзначений у-у получаютв(г - ( = агсс 8г 2Используя выражение (9), получают в 1сов - ) =совагсС 8 - = - " (10) з 527 +77 Р 1вдп( -9 ) =вЫагсср - = --(11)7г + 40Уравнения преобразования для составляющих исследуемой комплексной проводимости двухцопюсника иа основании уравнений (8), (10) и (11) имеют вид: 45- = Ф ---- вп (уг- Щ), (15) 1 ЗггПег Пг где "-" пере значением 0 свидетельствует о емкостном характере сонротивления составляющей исследуемогопассивного комплексного сопротивления двухполюсника, неоднородного похарактеру сопротивления образцовомудвухполюснику К,Рассмотрим возможность повышения точности измерения параметровкомплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, например,трехполюсной электрической цепи типа звезда при его последовательнойсхеме замещения на примере устрой"ства по фиг,2,Предположим, что сопротивлениекомплексного двухполюсника, эквивалентное внутреннему сопротивлениюисточника 1 гармонического сигнала,имеет вид: Е, 2, =Ж + 3 б, сопротивление комппексного двухполюсника,эквивалентное внутреннему комплексному сопротивлению согласующего блока 2, имеет вид: Е г = Ч + ) 37, сопротивление комплексного двухполюсника 3, расположенного в первом плече трехнолюсной электрической цепиимеет значение: Е зЧ з + 1, Комплексный двухполюсник 4, расположенный во втором плече трехполюснойэлектрической цепи, имеет сопротивление 24 = 2 =- 3, Комплексныйдвухполюсник 5, расположенный в третьем плече трехполюсной электрической цепи, имеет сопротивление 2= Ч + 1 Лз. Двухполюсник 6 является образцовым и его сопротивлениеЕь = 2 О .= д . Сопротивление комплексного двухполюсника, эквивалентноевнутреннему комплексному сопротивлению согласующего блока 7, имеет вид:Ет. Чг + 31 г(13) При измерении, например, составляющих исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника вида Е55- .1 и образцового двухполюсника реэистивного характера Е щг уравнения преобразования имеют вид: Выражения для токов с выходов согласукицнх блоков в любом иэ тактов измерения можно записать, если преобразовать формулу (1) в дуальную:1 =п,ЕН; =и Е ЕР;Ь; , (16) к. где 1, - ток с выхода 1-го (г.-1,2)83 8 фазовый сдвиг тока 1 но тока 1. относитель(21)(3-1,2) такте измерения",Е - напряжение источника гар"монического сигнала;Н - системная функция измериФ 1тельной цепи на основе пассивного делителя тока, которая определяется отношением величины, измеряемойсогласующим блоком, к величине напряжения источника гармонического сигнала,Выражение для тока с выхода согласующего блока 2, пропорциональноготоку источника гармонического сигна- .15ла, в первом такте измерения (ключ 8разомкнут, а ключ 9 замкнут и соединяет точку а с точкой Г) имеет вид; 2:+27+2+22 20 1 п Е-к --- --(17) 1ДВыражение для тока с выхода согласующего блока 7, пропорционального току через исследуе)ый комплексный 25 двухполюсник 4, обусловленному падением напряжения на образцовом двухполюснике 6, в первом такте измерения имеет вид: Выражение для тока согласующего блока 2, пропорционального току источника гармонического сигнала, во втором такте измерения (ключ 8 замкнут и соединяет точку а с точкой с а ключ 9 разомкнут) имеет вид: Выра)кение для тока с выхода согласующего блока 7, пропорционального току через образцовый двухполюсник 6, обусловленному падением напряжения на исследуемом комплексном двухполюснике 4, во втором такте измерения имеет вид; 50 где знак "-" перед значением 1гг свидетельствует об изменении направления тока через вход согласующего блока 7. где 97 Ц,( - фазовые сдвиги токов 1, и 1 относительно напря)кения Е источйика гармонического сигнала,Фазовый сдвиг тока 1 относительно тока 1,где 27, ю, - фазовые сдвиги токов 1 и 1 относительно напряжения Е источника гармонического сигнала,Используя значения модулей в выражениях (17)-(20), получают На основании (21) и (22) с учетом значений Е,-Е 7 получаютИспользуя выражение (24), полу- чают спв г - д,) спвагссв - = --- (25)в)в вгп(1 а-СВ,)= в(пагсг 2 - : - ; - . - (26)2р в 7 в Уравнения преобразования для сос" тавляющих исследуемого комплексного сопротивления двухполюсника на основании уравнения (23), (25) и (26) имеет вид:= о( -) всоз-Щ ); (27)8=1,11(г 1(-=( --- здп ,-),). 1 а 117 ф 1 г 1 г) При измерении, например, составляющих исследуемой комплексной проводимости двухполюсника У,= Д + 3177 и образцового двухполюсника 7 уравнения преобразования имеют вид: р =7) 7 - ф- зп (1 - (,) ), 1, 1 1(7 17250983 1 ОРассмотрим возможность исключениязависимости результата измерения составляющих, исследуемого комплексного двухполюсника от фазовых сдвигов в аналоговом тракте преобразования сигналов,Преобразуют уравнения ( 12) и (13)с учетом (6) и (7) к виду: Б, Б,ОБ(сов 9 соясрг, +впсувдп М) (соя Чг соя 9+вЫСР;, яьпсрг (созга+вг.пгср) (созга,г +яг.пг Сгг )(соя ц, +вхп ц ) (сов (гг +я 1 п Чгг ) Б 0 г ИБгг сов Чвгп 9, -вгпЧ, соя Уг, ) (совА. сояр+улЧ вп Ср)Р пг 1 р совг р +вгпг (р ) (сояг г +я 1 п ср ) соя Му совЧг +я 1 пЧи з 1 пЧг 1) (соя Мг я 1 ПМф -я 1 ПРег соя 9 г ).Фортогональные векторы И и М, одиниз которых И совпадает по направле- (34)нию с током 1 источника гармоничесЗОкого сигнала. но на результат отсчета не влияет.Сдвиг опорных ортогональных век- Ф .торов на угол +ц приводит к измене- С учетом значений (33) и (34)нию величин проекций уравнения (31) и (32) имеют вид:(И 1 М -И н Х г ) (И,И +Иди Мгг )-(Ьи 1 г + Мн Мэ ) (Бед Мгг-Мч Игг ) (36) г + М г)(у г + М г) Аналогично можно преобразоватьуравнения ( 14), (15) и уравнения(38) где Фр - сдвиг ортогональной систеомы координат БОМ относительно напряжения Е источника гармонического сигнала,На фиг.9 и 1 О приведены измерительные цепи, содержащие образцовый 55 двухполюсник прн последовательной схеме замещения исследуемого двухполюсника 2 =1 1илипри нарал" 9Таким образом, исключена погрешность измерения параметров исследуемого комплексного двухполюсника не только от ненулевых значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, но и от нулевого значения выходного комплексного сопротивления источника гармонического сигнала. лельной схеме замещения исследуемого двухполюсника У"д+ р, и уравнения преобразования для составляющих исследуемого двухпблюсника, расположенного в одной иэ ветвей цепитипа треугольник или звезда, т.е,для типа цепей, имеющих структуруГ, П, Т, О, Н,Так как результат измерения параметров исследуемого комплексногодвухполюсника не зависит от внутреннего комплексного сопротивления проводимости источника гармоническогосигнала и внутренних комплексных сопротивлений проводимостей согласующих устройств в диапазоне частот, товозможно точное измерение парамет(42) Определяют искомые значения параметров исследуемого четырехэлементного двухполюсника, учитывая, что 1 кЕ У С Гии,с Г,(43) 11(40).1 ЕНа второй из фиксированных частотЕ 1 определяют также параметры исследуемого комплексного двухполюсникаисходя из его двухэлементной после-довательной схемы замещения Из уравнений (47) и (48) полу- чают ров четырехэлементного, трехэлементного комплексного двухполюсника при его последовательно-параллельной (фиг,5 а-д) и параллельно-последовательной (Фиг,6 а-д) схемах замещения на двух Фиксированных частотах, На фиг,5 и 6 приняты следующие обозначения: оЕ - величина образцового двухполюсника, однородная по харак.т, ру сопротивления одной из составляющих исследующего комплексного двухполюсника, имеет размерность соп 1ротивления 1 = -- величина образ 1 цового двухполюсника, однородная по характеру проводимости одной из составляющих исследуемого комплексного двухполюсника, имеет размерность проводимости; ,- величины измеряемых составляющих исследуемого комплексного двухполюсника последовательной цепи (однородная и неоднородная по характеру сопротивления образцовому двухполюснику) имеют раз,мерность сопротивлений; , ц - ве-. личины измеряемых составляющих исследуемого комплексного двухполюсника параллельной цепи (однородная и неоднородная по характеру проводимости образцовому двухполюснику) имеет размерность проводимостей.Рассмотрим, например, измерение параметров последовательно-параллельной цепи (Фиг.5).На одной иэ фиксированных частот35определяют параметры исследуемого комплексного четырехэлементиого двухполюсника исходя из его последовательной двухэлементной схемь замещения, например четырехэлементного двухполюсника по фиг.б 5;1Е = Ег,+ = /1 - ,1 о; -УкЧ РЕ1 . + 3р г, 1 45 Записывают системы уравнений сучетом (43)(44) Из системы уравнений (45) получают22 РЕг .(1-ю) 1 (2 +юг 2 ) ( г +1 ег )Ег Иэ системы уравнений (47) полу- чают 11 Ег (1 пг )(50)РЕ, щ щ( -Рг) где 1 р Ь, - тангенс угла потерь параллельной ветви на частоте ,Ср Ь - тангенс угла потерь параллельной ветви на частотеГг.Таким образом получают вЬ -щ) (51)в( Р - Ь) (айаг Ь +1)в.ъв. евщв и ) Я рл (1 щ) Е (Юг-щ УГ) (Рга +1)УЕ: (цг Р е ) (62)г га (1 г) Аналогично для параллельно-последоватеГГьной цепи по фиг,б определяют параметры исс., дуемого комплексного четырехэлементного двухполюсника на фиксированной частоте Гг исходя из его параллельной двухэлементной схемы замещения, например четырехэлементного двухцолюсника по фиг.б о г 1 , РЕ,6,)1 2 + 2 На второй иэ фиксированных частот Г 2 определяют параметры исследуемого комплексного четырехэлементного двухполюсника исходя иэ его параллельной двухэлементной схемы зам щения:, Е. - .г, Р =2 21 г 1 21 Е 2 1+1или2 , (65)Ег112РгРЕ + 1 1 . (66)гФаЕОпределяют искомые значения параметров исследуемого четырехэлементного двухполюсника , Е,11 Е2Иг гЕг ф записывают системы уравнений: